Сети ЭВМ и телекоммуникации

1. Сети ЭВМ и телекоммуникации

2. Среды передачи данных • Определение среды передачи данных • Кабельные среды передачи данных • Методы доступа с среде передачи данных • Определение структурированной кабельной системы • Коммуникационное оборудование • Стандарты построения локальных сетей

3. Определение • Среда передачи данных – линии (каналы) связи, по которым компьютеры обмениваются информацией. А-Б – разделяемая среда передачи данных А Б

4. В зависимости от используемой среды передачи данных линии связи делятся: • Проводные; • Кабельные; • Беспроводные.

5. Проводные среды передачи данных • Телефонные и телеграфные линии: • Низкая скорость передачи; • Низкая помехозащищенность. Однако, данный метод позволяет быстро разворачивать сетевые технологии.

6. Кабельные системы • Высокочастотные коаксиальные кабели с медной жилой; • Кабели на основе витых пар; • Оптоволоконные кабели.

7. Основные параметры кабельных сетей • Полоса пропускания – частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем; • Задержка распространения сигнала; • Помехозащищенность кабеля – степень защищенности кабеля от воздействия помех и наводок; • Затухание – степень потери мощности сигнала на выходе по отношению к мощности на входе; • Волновое сопротивление – полное сопротивление, которое встречает электромагнитная волна.

8. Коаксиальный кабель

9. Витая пара

10. Оптоволоконный кабель Мода луча – это угол отражения луча в сердечнике. Одномодовый кабель – 9/125 мкм Многомодовый – 50.125 мкм передача до 2000 км на скоростях не более 1 Гб/с

11. Методы доступа к среде передачи данных • Централизованные: Недостаток: неустойчивость к отказам цента управления, малая гибкость управления (нет оперативности управления). Достоинство: отсутствие конфликтов в сети. • Децентрализованные Недостаток: обязательное наличие конфликтов в сети. Достоинства: высокая степень устойчивости отказам абонентов сети, большая гибкость к управлению сети. Децентрализованные делятся на детерминированные и случайные.

12. Методы доступа к сети • Метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (CSMA/CD - Carier Sense Multiple Access with Collision Detection). • Маркерный метод доступа (Arcnet). • Метод доступа Token-Ring.

13. Метод доступа CSMA/CD • Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. • Метод не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. • После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое (0 до 52,4 мс). После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80 - 100 станций.

14. Маркерный метод доступа • Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому. • Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. • Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции. Данный метод используется в локальных сетях с топологией "звезда".

15. Метод доступа Token-Ring • Этот метод напоминает Arcnet, использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. • В отличие от Arcnet при методе доступа Token-Ringимеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. • Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

16. Аппаратные компоненты сетей

17. Повторитель – устройство, дублирующее получаемые сигналы. • Концентратор – это многопортовый повторитель.

18. Сетевой адаптер • Сетевой адаптер – это устройство ПК взаимодействующее со средой передачи данных. В зависимости от среды взаимодействия различают: Ethernet-адаптеры; TokenRing-адаптеры; FDDI-адаптеры; и т.д.

19. Основные функции сетевых адаптеров • Гальваническая привязка компьютера и кабеля локальной сети; • Кодирование и декодирование данных; • Опознавание принимаемых кадров; • Буферизация передаваемой и принимаемой информации; • Организация доступа к сетям в соответствии с принимаемым методом доступа.

20. Мосты • Используется при перегрузке в сети. • Мост – специальной устройство, ретранслирующее пакеты между сегментами сети

21. Мосты Мосты с маршрутизацией от источника (source-routingbridge) Характерны для маркерных сетей (TokenRing) и выполняют передачу кадров между сегментами на основании информации о маршруте, предоставленной отправителем кадра. Такие мосты имеют локальные адреса во всех сегментах, к которым они подключены, другие узлы знают об их существовании и целенаправленно взаимодействуют с ними.  Прозрачные мосты (transparentbridge) Мост невидим для других узлов и не имеет своего локального адреса. Мост прослушивает все сегменты, подключенные к его портам, принимает все кадры и составляет таблицу MAC-адресов узлов, находящихся в этих сегментах. Если адрес получателя принятого кадра неизвестен мосту, то этот кадр передается во все порты, кроме того, откуда он поступил.

22. Коммутаторы Коммутатор (switch) – это многопортовое устройство соединяющее несколько отдельных сегментов в одну сеть. Способен одновременно связывать несколько узлов на максимальной скорости, обеспечиваемой средой передачи. Часто коммутаторы используются для сегментации – уменьшения размеров доменов коллизий. Фактически, коллизии преобразуются в очереди кадров внутри коммутатора.

23. Режимы работы коммутатора • Коммутация с буферизацией (store-and-forward): каждый кадр целиком помещается в буферной памяти коммутатора, затем проверяется его контрольная сумма, определяется порт назначения, ожидается освобождение порта, и производится передача  кадра. • Этот способ гарантирует фильтрацию ошибочных и отсеченных коллизией кадров. • Основной недостаток – большая задержка передачи, достигающая нескольких миллисекунд на кадр. • Коммутация “на лету” (cut-through): кадр передается в порт назначения сразу после приема адреса получателя (в Ethernet – первые 6 байт заголовка кадра). Если в этот момент порт назначения занят, коммутатор обрабатывает пакет в режиме с буферизацией. • Коммутация на лету вносит минимально возможную задержку – 11.2 мкс для Ethernet, однако при этом передаются все кадры – в том числе и ошибочные. • Бесфрагментная коммутация (fragment-free): коммутатор буферизует первые 64 байта кадра, и, если кадр не длиннее 64 байт, то коммутатор обрабатывает его в режиме с буферизацией. Если кадр длинный, то он передается в порт назначения, как в режиме “на лету”.

24. Группа стандартов  IEEE • IEEE 802 — группа стандартов семейства IEEE, касающихся локальных вычислительных сетей (LAN). • Стандарты IEEE 802, ограничены сетями с пакетами переменной длины. • Службы и протоколы, указанные в IEEE 802 находятся на двух нижних уровнях семиуровневой сетевой модели OSI: • Канальный уровень • Подуровень LLC • Подуровень MAC • Физический уровень Семейство стандартов IEEE 802 поддерживается комитетом по стандартам IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC).

25. Рабочие группы • Название описание примечание • IEEE 802.1 Управление сетевыми устройствами и их взаимодействие • IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC) не активна • IEEE 802.3 Технология Ethernet • IEEE 802.4 Маркерная шина Token bus расформирована • IEEE 802.5 Определяет MAC уровень для маркерного кольца не активна • IEEE 802.6 Сети мегаполисов (MAN) расформирована • IEEE 802.7 Широкополосная передача по коаксиальному кабелюрасформирована • IEEE 802.8 Волоконно-оптические сети расформирована • IEEE 802.9 Интегрированные сети передачи голоса и данных расформирована • IEEE 802.10 Сетевая безопасностьрасформирована • IEEE 802.11 a-n Беспроводные локальные сети • IEEE 802.13 Использовалась для 100BASE-X Ethernet • IEEE 802.14Кабельные модемырасформирована • IEEE 802.15Беспроводные персональные сети (WPAN), Bluetooth • EEE 802.15.1Bluetooth сертификация • IEEE 802.15.4Физический слой и управление доступом к среде для беспроводныхперсональных сетей с низким уровнем скорости ( Low-rate WPAN). • IEEE 802.16Беспроводная городская сеть (WiMAX сертификация) • IEEE 802.16e(Мобильные) Широковещательные беспроводные сети • IEEE 802.16.1Служба местного многоточечного распределения • IEEE 802.20Мобильный широковещательный беспроводной доступ • IEEE 802.23Рабочая группа чрезвычайных сервисовновая (Март, 2010)

26. Стандартные сегменты сетиEthernet/Fast Ethernet Сеть Ethernet (10 Мбит/с, IEEE 802.3, шина и пассивная звезда): • 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) ─ до 500 м; • 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) — до 185 м; • 10BASE-T (две витые пары) — до 100 м; • 10BASE-FL (оптоволоконный кабель) — до 2 км. Сеть Fast Ethernet (100 Мбит/с, IEEE 802.3u, пассивная звезда): • 100BASE-T4 (четыре витые пары) — до 100 м; • 100BASE-TX (две витые пары) — до 100 м; • 100BASE-FX (оптоволоконный кабель) — до 412 м.

27. Стандартные сегменты Gigabit Ethernet (стандарт IEEE 802.3z) • 1000BASE-SX (мультимодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 850 нм) — до 500 м; • 1000BASE-LX (одномодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 1300 нм) — до 2 км; • 1000BASE-CX (четыре экранированных витых пары STP) — до 25 м; • 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab — четыре неэкранированных витых пары UTP категории 5 или 6) — до 100 м.

28. Стандартные сегменты сетиГигабитный/10-гигабитный Ethernet Сеть Гигабитный Ethernet(Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с): • 1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров; • 1000BASE-TX— стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении, 6 категории), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств; • 1000BASE-X; • 1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. • 1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет от 5 до 50 км. • 1000BASE-LH (LongHaul) — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров. 10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с): • 10GBASE-CX4 — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand; • 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодовоговолокна; • 10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

31. Стандарты беспроводной связи

32. Пример структуры промышленного объекта Промышленный объект состоит из нескольких насосных электроприводов, устройства сбора информации с различных технологических датчиков, например, датчиков давления, температуры, расхода, в том числе установленных удаленно, операторского пульта и диспетчерского пункта. Управление насосами производится с операторского пульта, а в диспетчерском пункте производится непрерывный мониторинг системы.

33. Стандарт беспроводной связи ZigBee ZigBee— стандарт беспроводной связи, который изначально разрабатывался как средство для передачи небольших объемов информации на малые расстояния с минимальным энергопотреблением. Фактически этот стандарт описывает правила работы программно-аппаратного комплекса, реализующего беспроводное взаимодействие устройств друг с другом.